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La ciencia y los materiales del futuro: el grafeno.
Bernardo Herradón García
IQOG CSIC
IQOG-CSIC
5 de noviembre de 2014
La ciencia (la química) del futuro: satisfacer
las necesidades de la sociedad
Energía
Aspectos
sociales
Tecnología
Medio
ambiente
Nuevos
compuestos
químicos
í i
para
nuevos retos
Salud
Ali
Alimentación
t ió
La ciencia actual (desde la perspectiva de la química)
B
BIOLOGÍA
GÍ
QUÍMICA
Í
BIOMEDICINA
Medicina
Biología humana
Biología del organismo
Fisiología
Inmunología
Neurociencia
Endocrinología
Biología celular
Biología molecular
Biología química/Química biológica
Bioquímica
Biotecnología
Química
Materiales
Física
Matemáticas
FÍ
FÍSICA
MATERIALES
Química
Física
N
Nanociencia
i
i
Nanotecnología
Ingeniería
Matemáticas
Mat
mát ca
BIOMATERIALES
NANOBIOMEDICINA
Dependeremos de procesos y materiales
(formados p
(f
por moléculas)) adecuados
LA QUÍMICA Y LOS MATERIALES DEL “FUTURO”
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Nuevos Materiales (s. XXI)
Aportaciones de la Química a la ciencia de los materiales.
El futuro y
ya está aquí.
q
 Máquinas moleculares
 Nanociencia/nanotecnología
í
 Equipos pequeños para monitorización (ambiental, salud,
etc )
etc.)
 Electrónica molecular
 Interruptores moleculares (en electrónica o en
computación)
t ió )
 Ordenadores moleculares
 Nanocápsulas para transporte de fármacos
 Biomateriales: inertes biológicamente o que se integren
en el tejido (funcionales)
 Purificación
P ifi
ió y potabilización
t bili
ió d
de agua
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Aportaciones de la Química a la ciencia de los materiales.
El futuro y
ya está aquí.
q
 Cristales líquidos
 Materiales con óptica no lineal
 Diodos emisores de luz
 Antenas de luz (conversión de energía lumínica en química,
centros fotosintéticos
é
artificiales)
 Materiales quimioluminiscentes
 Almacenamiento y transporte de hidrógeno
 Almacenamiento de energía eléctrica
 Producción eficiente de energía (con el menor impacto
medioambiental)
di
bi t l)
 Convertidores de energía (química/lumínica/eléctrica).
 …… y miles de aplicaciones más
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LA QUÍMICA Y LA SALUD
 Medicamentos
 Materiales para reparar nuestro cuerpo
 Herramientas de trabajo
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Retos para el futuro:
 Conocimiento a nivel molecular de las enfermedades
 Enfermedades del envejecimiento
 Enfermedades raras
 Enfermedades de países en vías de desarrollo
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Ciencia de los materiales: el futuro ya está aquí
Máquinas
á
moleculares
l
l
Nanociencia. Nanotecnología
El futuro ya está aquí
Nanociencia Nanotecnología
Nanociencia.
Nanociencia:
Manipulación de la materia a nivel atómico/molecular (química)
Efectos mecano-cuánticos
Alta relación área/volumen (masa)
Técnicas instrumentales: microscopía
p [TEM
[
((1931),
) SEM
(1937), STM (1981), AFM (1986)]
Litografía molecular/nanolitografía
Desarrollo de láseres
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Microscopio electrónico 4D
Zewail (Premio Nobel de Química,
Química 1999)
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Nanociencia/nanotecnología: ¿La próxima revolución?
La Química tiene mucho que aportar
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Aportaciones de la Química a la ciencia de los materiales.
El futuro y
ya está aquí.
q
Y todo esto
esto, de manera eficaz:
Con el mínimo impacto ambiental
Con el mayor aprovechamiento energético
Lo más barato posible
Química verde/Química sostenible
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Nanociencia y nanotecnología:
Fullerenos y nanotubos de carbono
Propiedades
Eléctricas: Semiconductores o Superconductores
Mecánicas: Son muy resistentes a la tensión y
presentan una elevadad elasticidad
Térmicas: Buenos conductores térmicos a lo largo
del tubo y aislantes a través de la pared
Aplicaciones
Vista de nanotubos al microscopio electrónico
Supercondensadores
Células solares
Almacenamiento de hidrógeno
ó
Electrónica
Biomedicina
Industria aerospacial
Agentes adsobentes,…
Estado físico: dependiente de las interacciones entre moléculas.
Carbono (C)
CARBÓN ACTIVO (C)
Diamante
Grafito
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Geim
Novoselov
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PRODUCCIÓN DE GRAFENO Y RELACIÓN CON LOS
NANOTUBOS DE CARBONO Y LOS FULLERENOS
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GRAFENO: CARÁCTERÍSTICAS Y APLICACIONES.
C
Características:
t í ti





Alta resistencia mecánica (superior al acero)
Alta conductividad eléctrica (superior al silicio)
Alta conductividad térmica
Ligereza
g
Interacción con otras moléculas
Aplicaciones:




Fuselaje de aviones
Procesadores para ordenadores
Material electrónico
Detectores de gases
Se están produciendo láminas de grafeno de tamaño macroscópico.
Investigación
I
i
ió f
futura: explorar
l
lla reactividad
i id d química
í i
d
dell grafeno
f
para obtener derivados con otras propiedades y aplicaciones.
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Oportunidades de investigación en Química
 Medio ambiente
 Tratamiento de agua
 Seguridad y salud en nuestra vida cotidiana
 Salud:
S l d vivir
i i más,
á vivir
i i mejor.
j
 Química física: Fundamentos teóricos de la Química
 Química de productos Naturales
 Síntesis
í
más
á eficaces
 Reconocimiento molecular, interacciones.
 Electrónica molecular
 Energía
 Química analítica: miniturización.
 Visualización de moléculas
 Química inorgánica: materiales cerámicos.
 Materiales biodegradables.
 Química nuclear: mejor conocimiento,
conocimiento elementos transuránidos
(¿existe la isla de la estabilidad?)
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Beneficios de la Química para el ser humano
Vida más larga.
Vida más saludable (curamos enfermedades, hacemos biomateriales,
paliamos dolores y achaques).
Potabilización de agua.
Mejores alimentos. Fertilizantes, abonos, protectores de cosechas,
cuidado del ganado.
Producción de energía: carbón, petróleo, hidrógeno.
Nuestra vida cotidiana: higiene
higiene, limpieza
limpieza, cosméticos
cosméticos, ocio
ocio, deporte
deporte,
seguridad, vestidos , tintes, …..
Alta tecnología: electrónica,
electrónica ordenadores,
ordenadores nanomateriales,…..
nanomateriales
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No sé como será el futuro.
Tampoco sé como será el futuro de la ciencia.
Sin ciencia no hay futuro
Daría todo lo que sé por la mitad de lo que ignoro
(Descartes)
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